כיצד יודעת ההידרה היכן לגדל מחדש חלקי גוף חסרים?

חוקרים בפקולטה לפיזיקה בטכניון מציגים הסבר חדש ליכולת ההתחדשות הנדירה של ההידרה

צוות המחקר. מימין לשמאל : פרופ' כנרת קרן, ליטל שני-זרביב, אנטון ליבשיץ ופרופ' ארז בראון

צוות המחקר. מימין לשמאל : פרופ' כנרת קרן, ליטל שני-זרביב, אנטון ליבשיץ ופרופ' ארז בראון

ההידרה היא טורף זעיר – כ-10 מילימטר אורכו – החי במים מתוקים וצד את טרפו באמצעות זרועות המקיפות את פיו. מאז המאה ה-18 מרתקת ההידרה מדענים רבים ברחבי העולם בשל כישורי הרגנרציה הנדירים שלה – יכולתה להתחדש לכדי יצור שלם מפיסות רקמה קטנות או צבירי תאים. בשל כך היא קרויה על שם ההידרה המיתולוגית – מפלצת רבת ראשים המצמיחה ראש חדש בכל פעם שאחד מראשיה נקטע.

יכולתה של ההידרה לחדש את עצמה מתוך פיסת רקמה שנקטעה מגופה הוסברה, עד כה, בכך שאותות כימיים נותנים לרקמה רמזים מספיקים היכן עליה להצמיח ראש, זרועות ורגל. אולם הסבר חדש, המתפרסם השבוע בכתב העת Cell Reports, מקשר את יכולת הרגנרציה של ההידרה ל"זיכרון מכני מבני" הקיים בתאי גופה. המחקר נערך בפקולטה לפיזיקה בטכניון על ידי פרופ' כנרת קרן, פרופ' ארז בראון ותלמידי המחקר אנטון ליבשיץ, ליטל שני-זרביב ויונית מרודס-זקס.

פרופ' קרן, ביופיזיקאית שהצטרפה לסגל הטכניון ב-2008, מסבירה כי "התגלית המרכזית במחקר הנוכחי היא אותו זיכרון מכני מבני, שגילויו מדגיש את חשיבות התהליכים המכניים בתהליך הרגנרציה. זיכרון זה, המסייע להידרה להתחדש ולהפוך שוב ליצור שלם ומתפקד, הוא בעצם דפוס של כוח מכני הנמצא בסיבי חלבון דקים המהווים את השלד התאי. כשפיסת רקמה כלשהי נקטעת מגופה של ההידרה, השלד הזה של סיבי החלבון שורד ומנחה את התאים כיצד להסתדר בכדי לייצר את המורפולוגיה של הידרה בוגרת."

פיסת רקמה הנקטעת מגופה של ההידרה מתקפלת בשלב ראשון לכדור קטן. תהליך זה מעוות את סיבי החלבון ומאלץ אותם למצוא איזון בין שימור שלד המבנה הישן והתאמה לצורה המקופלת שנוצרה. חלקי הגוף החדשים מתפתחים על סמך התבנית שאצורה בשלד: הרקמה הכדורית מתפתחת לגליל ומצמיחה פה שסביבו זרועות, ובסופו של דבר מתקבלת הידרה שלמה עם כל חלקי הגוף החסרים.

חוקרי הטכניון גילו כי הפרעה מכוונת במבנה השלד מספיקה כדי לשבש את המורפולוגיה של ההידרה המתחדשת. באחד הניסויים נחתכה רקמה מהידרה בוגרת לטבעות. לאחר קיפולן של הטבעות לכדור הכילה הרקמה כמה אזורים של סיבים המסודרים בכיוונים שונים עקב האילוץ הגיאומטרי של הקיפול. התוצאה: התפתחות של הידרה דו ראשית. עם זאת, כאשר החוקרים עיגנו את טבעות הרקמה הללו על חוטי מתכת קשיחים ודקים, התפתחה הידרה נורמלית, חד ראשית. מסקנתם של החוקרים היא שהמשוב המכני הקיים ברקמה מעודד היווצרות סדר בחיה המתפתחת.

תרשים המסביר את המחקר

תרשים המסביר את המחקר

"הידרות הן יצורים פשוטים יותר מרוב קרוביהן בממלכת החי," אומרת פרופ' קרן, "אבל הדפוס הבסיסי של סיבי שלד מסודרים נפוץ גם באיברים רבים בגוף האדם – בשרירים, בלב ובמעיים – וגם ברקמות מסוימות כמו עור ושיער העוברות תהליכי רגנרציה. מנגנונים דומים פועלים בתהליך ההתפתחות של יצורים רבים משלב העובר ועד לחיה הבוגרת. לפיכך, הבנה מעמיקה של תהליכי ההתחדשות בהידרה עשויה לשפוך אור על המנגנונים המכניים המשתתפים, לצד האותות הביוכימיים, בתהליכי ההתפתחות הביולוגית."

למחקר המלא בכתב העת Cell Reports:
https://goo.gl/oTIBQW
וידאו 1: התחדשות (רגנרציה) של הידרה, משלב הכדור ועד להתפתחות מלאה

וידאו 9: הידרה דו-ראשית צומחת לצד הידרה חד-ראשית. החוט העובר דרך ההידרה החד-ראשית מסייע בייצוב הצמיחה לאורך ציר יחיד

וידאו 7: התארגנות השלד התאי בזמן התפתחות הידרה דו-ראשית מטבעת שהתקפלה לכדור המכיל כמה אזורים של סיבים המסודרים בכיוונים שונים